Akımsız nikel-bor kaplamaların mekanik özellikleri, endüstriyel uygulamalarda büyük ilgi görmektedir.
3.4.1. İç gerilmeler
Akımsız nikel-bor kaplamaların iç gerilme seviyesi genellikle çok yüksektir. Bor hidrür ile indirgenmiş kaplamaların iç gerilme seviyesinin tipik değerleri 110 ila 200 MPa arasındadır ve ağırlıkça %0,6 B içeren kaplamalar için 480 MPa erişebilir. İç gerilme seviyesi, kaplamanın bor içeriğinin artması ile azalmış gibi görünse de her durumda yüksek kalır [37].
İç gerilme seviyesinin, kaplamanın kalınlığına kuvvetle bağlı olduğuna ve daha kalın kaplamalarda daha yüksek olduğuna dikkat edilmelidir. Banyo sıcaklığı ve banyo bileşimi gibi diğer faktörler de bu parametrede önemli bir etkiye sahiptir [38].
Akımsız Ni-B kaplama teknolojilerinin önemli bir problemi olan hidrojen sıkıştırması, aynı zamanda iç gerilme seviyesini de artırabilir. Ancak, son teknolojik gelişmeler bu olgunun önemli bir azalma kaydetmesini sağlamıştır.
Çok yüksek bir iç gerilme seviyesi, kaplamanın kullanılması sırasında bazı problemlere neden olabilir. Örneğin, yüzeyin yorgunluğu yüzünden parçanın erken bozulması, kaplamanın altlık malzeme üzerine yapışmaması ve çatlakların oluşumu bu problemlerden bazılarıdır [27].
3.4.2. Sertlik
Akımsız nikel-bor kaplamaların sertliği gözenekli hallerinde 650-750 HV iken bu değer akımsız nikel-fosfor kaplamalarda 500-700 HV arasındadır. İyi uygulanmış ısıl işlem ile bu sertlik değerleri yükseltilebilir [27, 42].
Aynı katkı maddelerini ve çalışma koşullarını kullanmadığı için farklı araştırma grupları tarafından elde edilen sertlik değerlerini karşılaştırmak genellikle zordur ve bu neden ile borun birikme özellikleri üzerindeki etkisini izole etmek de zordur. Sonuçlar tek bir grup tarafından elde edildiği için, borların özelliklerine etkisini tanımlamak için Riddel [39] sonuçları kullanılmıştır. Şekil 3.9.’da akımsız nikel-bor
kaplamanın sertliğine bor içeriğinin etkisi gösterilmiştir. Akımsız nikel-bor kaplamaların sertliği, Şekil 3.9.’da görüldüğü gibi, ağırlıkça %5 B içeren kaplamalar için 500 HV’den ağ. %8 B içeren kaplamalar için yaklaşık 800 HV’e yükselmektedir. Yani buradan da anlaşılacağı gibi kaplama içindeki bor miktarı arttıkça kaplama sertliği artmaktadır [53, 54].
Şekil 3.9. Akımsız Ni-B kaplamanın sertliğine bor içeriğinin etkisi [54].
3.4.3. Young modülü, süneklik ve akma dayanımı
Akımsız nikel-bor kaplamaların nispeten düşük süneklilik ve akma dayanımı vardır. Ağ. %5 B içeren bir kaplama, %0,2 bir uzamaya ve kabaca 110 MPa’lık bir akma dayanımına sahiptir. Bu kaplamaların elastikiyet (young) modülü 120 GPa’a ve bunların son uzamaları %0,25’e yakındır [46].
3.4.4. Pürüzlülük
Akımsız nikel-bor kaplamaların pürüzlülüğü hakkında pek çalışma yapılmamıştır. Bunun ile birlikte, bu teknolojinin ilk uygulandığı günlerinde Clerc [54], pürüzlülük hakkında kapsamlı bir çalışma yapmıştır. Akımsız nikel-bor kaplamaların pürüzlülüğü, altlık malzemenin pürüzlülüğüne bağlıdır. Bunun nedeni, yüzeyde oluşan kolonsal büyüme mekanizmasından kaynaklanmaktadır. Yüzey pürüzsüz ise,
büyüme kolonsal olacak ve kaplama altlıktan daha pürüzsüz olacaktır. Bunun ile birlikte, oluşan tabaka kaba ise, kolonsal ‘fan’ benzeri bir düzen içinde düzenlenecek ve kaplama altlık malzeme yüzeyinden daha pürüzlü olacaktır [55].
3.4.5. Aşınma dayanımı ve sürtünme katsayısı
Akımsız nikel-bor kaplamalar, sert krom veya akımsız nikel-fosfor gibi kaplamalara kıyas ile düşük bir sürtünme katsayısına sahiptir. Şekil 3.10.’da yağlanmış koşullarda, akımsız nikel-bor kaplamanın çeliğe karşı sürtünme katsayısı ve diğer malzemeler ile karşılaştırılması gösterilmiştir. Akımsız nikel-bor kaplanmanın sürtünme katsayısı, yağlanmış durumlarda 0,12 ve kuru kaymada 0,43’tür. Bu katsayı, Şekil 3.11.’de görüldüğü gibi, test sırasında neredeyse sabittir [39, 53].
Şekil 3.10. Yağlanmış koşullarda, akımsız Ni-B kaplamanın çeliğe karşı sürtünme katsayısı ve diğer malzemeler ile karşılaştırılması [39].
Şekil 3.11. Test sırasında akımsız Ni-B kaplamaların sürtünme katsayısının kayma mesafesindeki değişimi [53].
Akımsız Ni-B kaplamaların aşınma direnci, nikel-fosfor kaplamalardan daha iyidir. Sankara ve ark. [56] tarafından yapılan aşınma testleri, Ni-B kaplamalar için 2,45x10-10 kg/(Nm) ve Ni-P kaplamalar için 4,6x10-10 kg/(Nm) aşınma değerleri ölçülmüştür. Şekil 3.12.’de görüldüğü gibi, akımsız nikel-bor kaplamanın aşınma direnci genellikle tribolojik uygulamalar için referans kaplama olarak düşünülen sert kromdan daha iyidir.
Şekil 3.12. Akımsız Ni-B kaplama aşınma kaybı ve diğer malzemeler ile karşılaştırılması [39].
Akımsız nikel-bor kaplamaları iyi aşınma özelliklerine sahiptir. İlk olarak kaplamalardaki bor katı bir yağlayıcı görevi görebilir, adhesif ve abrasif aşınmayı azaltabilir. İkincisi, tipik ‘karnabahar yapı’, yüzey dokusu temas alanını %70’e kadar azaltır ve parçalar arasında sürtünme azalmış olur. Son olarak, ‘karnabahar yapı’ yağlayıcıların tutulması için elverişlidir [57].
3.4.6. Yorulma direnci
Akımsız nikel-bor kaplamalar, devirli yük altında kırılma eğilimindeyken, yüzeyin yorulma direncinde %10 ila %50 oranında belirgin bir azalmaya neden olabilirler. Bu etkinin önemi, kaplama bileşimi, termal geçmiş ve altlık malzemenin ilk yorulma direnci gibi çeşitli faktörlerden etkilenir. Altlık malzemenin yorulma direnci de kaplama kalınlığına bağlıdır. Kaplama ne kadar kalın olursa, yorulma sınırının da o kadar yüksek olduğu görülür. Şekil 3.13.’de akımsız nikel-bor kaplama kalınlığının yorulma direncine etkisi gösterilmiştir [27].
Şekil 3.13. Akımsız Ni-B kaplama kalınlığının yorulma direncine etkisi [27].
3.4.7. Korozyon direnci
Genel olarak, bor hidrür ile indirgenmiş akımsız nikel kaplamaların korozyon direnci, sodyum hipofosfit ile indirgenmiş kaplamalardan daha düşüktür. Akımsız Ni-P kaplamaların orta derecede saldırısına (örneğin, asit ve amonyak) neden olan ortamlarda, akımsız Ni-B kaplamalar ciddi şekilde aşındırılabilir. Güçlü anodize edici ortamda her iki kaplama da tatminkâr değildir.
Bor hidrür ile indirgenmiş akımsız nikel kaplama tam anlamıyla amorf olmadığından, yüzeyinde oluşan pasifleştirme filmleri yüksek fosforlu kaplamalarda olduğu gibi camsı veya koruyucu değildir. Bu kaplamalarda bulunan faz sınırları, korozyonun başlaması için tercih edilen yerler olan pasifizasyon filmi süreksizlikleri de üretmektedir. Ayrıca, bor ve talyum, kaplama boyunca homojen olarak dağılmadığından, farklı paslanma potansiyelleri, yüzeylerde üretilir. Bu neden ile küçük aktif/pasif korozyon hücrelerinin oluşmasına yol açar ve böylece hızlandırılmış saldırı meydana gelir [58].